朱明善清华大学工程热力学全集ppt课件
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工程热力学 第0章 绪论 图文
南京航空航天大学
工程热力学的研究方法
采用经典热力学的宏观研究方法，有时利用分子运动论和 统计热力学基本观点和研究成果 还普遍采用抽象、概括、理想化和简化处理方法
南京航烧系统(Combustion systems) –动力的产生——发动机，电厂等。（ Power
按开发的步骤 ➢ 一次能源：煤、石油、天然气、风能、水能、太阳能等 ➢ 二次能源：电力、煤气、汽油、沼气、氢气、酒精等
其他分类….
南京航空航天大学
能量的转化与利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转化过程
燃料电池
氢、酒精等二次能源
电能
机械能 辐射能
光电池
发电机
机械
风能、水能、海洋能
机械能
热能 直接利用
式的推导。 • 明确各章节的作用和相互的联系，解决什么问
题，得出什么结论。 • 热力学的直观语言很重要：p-v图、T-s图、h-s
煤、石油、天然气
核能
核反应
燃烧 集热器
热机 90％
热 能 直接利用
燃烧
太阳能 光合作用
生物质能 食物利用
南京航空航天大学
0-2 热力学发展简史
南京航空航天大学
“冷”、“热”的概念 钻木取火：最早的人为的热-功转换
南京航空航天大学
最早的热-功转换机械
（hero engine ）
南京航空航天大学
Thomas Savery的蒸汽机
南京航空航天大学
工程热力学涉及的领域
–流体压缩和运动——风机，泵，压缩机等。 （Fluid compression and movement — fans, pumps, compressors, etc.)
–供热通风与空调工程——制冷系统，热泵等。 （HVAC — refrigeration systems, heat pumps, etc.）
工程热力学的研究方法
采用经典热力学的宏观研究方法，有时利用分子运动论和 统计热力学基本观点和研究成果 还普遍采用抽象、概括、理想化和简化处理方法
南京航烧系统(Combustion systems) –动力的产生——发动机，电厂等。（ Power
按开发的步骤 ➢ 一次能源：煤、石油、天然气、风能、水能、太阳能等 ➢ 二次能源：电力、煤气、汽油、沼气、氢气、酒精等
其他分类….
南京航空航天大学
能量的转化与利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转化过程
燃料电池
氢、酒精等二次能源
电能
机械能 辐射能
光电池
发电机
机械
风能、水能、海洋能
机械能
热能 直接利用
式的推导。 • 明确各章节的作用和相互的联系，解决什么问
题，得出什么结论。 • 热力学的直观语言很重要：p-v图、T-s图、h-s
煤、石油、天然气
核能
核反应
燃烧 集热器
热机 90％
热 能 直接利用
燃烧
太阳能 光合作用
生物质能 食物利用
南京航空航天大学
0-2 热力学发展简史
南京航空航天大学
“冷”、“热”的概念 钻木取火：最早的人为的热-功转换
南京航空航天大学
最早的热-功转换机械
（hero engine ）
南京航空航天大学
Thomas Savery的蒸汽机
南京航空航天大学
工程热力学涉及的领域
–流体压缩和运动——风机，泵，压缩机等。 （Fluid compression and movement — fans, pumps, compressors, etc.)
–供热通风与空调工程——制冷系统，热泵等。 （HVAC — refrigeration systems, heat pumps, etc.）
(精品)工程热力学(全套467页PPT课件)
从能源结构来看，2004年一次能源消费中，煤炭占 67.7%，石油占22.7%，天然气占2.6%，水电等占 7.0%；一次能源生产总量中，煤炭占75.6%，石油 占13.5%，天然气占3.0%，水电等占7.9%。
我国能源现状
据预测，目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储 采比分别为约80、15和50，大致为全球平均水平的 50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭 速度。
工程热力学
Engineering Thermodynamics
绪论
工程热力学属于应用科学（工程科学） 的范畴，是工程科学的重要领域之一。
工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其 它形式能量转换规律的科学
工程热力学所属学科
工
工程热力学
程
传热学 Heat Transfer
热
流体力学 Hydrodynamics
工程热力学是节能的理论基础
能量转化的一般模式
一
次 能
热能
源
电能 机械能
问题：下面哪些是热机，哪些不是？
燃气轮机、蒸气机、汽车发动机、燃料电池、制冷机、 发电机、电动机
能量转化的一般模式
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
大气压（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
换 1 MPa = 106 Pa
算 关
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
我国能源现状
据预测，目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储 采比分别为约80、15和50，大致为全球平均水平的 50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭 速度。
工程热力学
Engineering Thermodynamics
绪论
工程热力学属于应用科学（工程科学） 的范畴，是工程科学的重要领域之一。
工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其 它形式能量转换规律的科学
工程热力学所属学科
工
工程热力学
程
传热学 Heat Transfer
热
流体力学 Hydrodynamics
工程热力学是节能的理论基础
能量转化的一般模式
一
次 能
热能
源
电能 机械能
问题：下面哪些是热机，哪些不是？
燃气轮机、蒸气机、汽车发动机、燃料电池、制冷机、 发电机、电动机
能量转化的一般模式
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
大气压（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
换 1 MPa = 106 Pa
算 关
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
工程热力学幻灯片(绪、1、2章)(上课)
B
Pg
H
压力的测量示意图
环境压力与标准大气压：环境压力指压力 表所处环境的压力(当地大气压力)
标准大气压 1atm=760mmHg 注意：当地大气压随时间、地点变化。一般认 36 为等于标准大气压（当h变化不大）。
3、比容和密度
pg
p
正压 大气压力B
都是描述系统内 工质稀密程度的宏观 物理量
H
B
处于平衡状态的系统有一种保持平衡 的趋势；对于不平衡的系统有一种达到平 衡的趋势。
41
平衡与稳定
稳定：参数不随时间变化
铜棒：稳定但存在不平衡势差，它的稳 定是靠外界影响来维持的。去掉外界影 响，则状态变化，直 到温度均匀为止 稳定不一定平衡
绝热，不受外界温度影响
但平衡一定稳定
42
平衡与均匀
平衡：时间上
24
例如：
m W 4 Q 2
1 开口系 1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
1
3
非孤立系＋相关外界 25 ＝孤立系
四、系统的内部状况（热力系统其它 分类方式）
均匀系
物理化学性质 非均匀系
单元系 其它分类方式 工质种类
多元系
单相
相态
多相
26
1、均匀系与非均匀系：系统内各部分的 化学成分和物理性质都均匀一致的系统， 称为均匀系。 2、单相系与复相系：由单一物相组成的 系统称为单相系。 3、单元系与多元系：由一种均匀的和化 学成分保持不变的物质组成的系统称为单 元系。（空气常可看作纯物质，属单元系 ）
凝 汽 器
给水泵
只交换功 既交换功 也交换热
清华大学工程热力学课件第4章04
作业
4-9 4-10 4-11 4-12
熵与不可逆讨论(例4 续7)
T 800 K 750 K
300 K 285 K
t,C 0.64375 t 0.475
wC 386.25 kJ/kg w 285 kJ/kg
101.25 kJ/kg
s w wC
第四章 习题课
例1(4-7) ：设有一个能同时产生冷空气和热
ln Tb Ta
Rm
ln
pb pa
nc
Cpm
ln Tc Ta
Rm
ln
pc pa
nbCpm
ln
TbTc Ta 2
b -15 ℃
a 2 kmol
25℃ 1 atm
0.962 kJ/K
60 ℃ c 不可能
1 kmol
1 kmol
1 atm
1 atm
例1 教材（4-7）续2
热一律 Q H Wt
338.15
338.15
cm(95 65) cm(1kg m)(6155℃ 65)95℃0
28(81.-1m5)kg 65 ℃ 15 ℃
解得 m 0.6249
15 ℃环境吸热
冷热管
关于熵，请你判断下列说法
• 任何过程，熵只增不减。 ╳
• 若从某一初态经可逆与不可逆两条路径到
达同一终点，则不可逆途径的S必大于可
逆过程的S。 ╳ • 可逆循环熵变为零，不可逆循环熵变大于零。╳
• 不可逆过程S永远大于可逆过程S。 ╳
请你简答（1）
• 若工质从同一初态出发，从相同热源吸收相
同热量，问可逆与不可逆的末态熵谁大？
s
q
T
>：不可逆过程 =：可逆过程
4-9 4-10 4-11 4-12
熵与不可逆讨论(例4 续7)
T 800 K 750 K
300 K 285 K
t,C 0.64375 t 0.475
wC 386.25 kJ/kg w 285 kJ/kg
101.25 kJ/kg
s w wC
第四章 习题课
例1(4-7) ：设有一个能同时产生冷空气和热
ln Tb Ta
Rm
ln
pb pa
nc
Cpm
ln Tc Ta
Rm
ln
pc pa
nbCpm
ln
TbTc Ta 2
b -15 ℃
a 2 kmol
25℃ 1 atm
0.962 kJ/K
60 ℃ c 不可能
1 kmol
1 kmol
1 atm
1 atm
例1 教材（4-7）续2
热一律 Q H Wt
338.15
338.15
cm(95 65) cm(1kg m)(6155℃ 65)95℃0
28(81.-1m5)kg 65 ℃ 15 ℃
解得 m 0.6249
15 ℃环境吸热
冷热管
关于熵，请你判断下列说法
• 任何过程，熵只增不减。 ╳
• 若从某一初态经可逆与不可逆两条路径到
达同一终点，则不可逆途径的S必大于可
逆过程的S。 ╳ • 可逆循环熵变为零，不可逆循环熵变大于零。╳
• 不可逆过程S永远大于可逆过程S。 ╳
请你简答（1）
• 若工质从同一初态出发，从相同热源吸收相
同热量，问可逆与不可逆的末态熵谁大？
s
q
T
>：不可逆过程 =：可逆过程
清华大学工程热力学讲义101PPT课件
q p ( u v)T d v ( T u)vd T M d v N d T
M
T
v
Tpv
2u
Tv
N v
T
2u vT
q 不是状态参数 热量不是状态参数
常用的状态参数间的数学关系
x
1
倒数式 Reciprocity
relation
y
z
y x z
循环式 Cyclic
s
f T
h v pu pv fvfTT T f vv fv T
uf Tsf TTf v
吉布斯函数（Gibbs Function）
d h T d s v d p d T s s d T v d p
dhT s sdTvdp
令 g hTs 吉布斯函数 GHTS
dgsdTvdp gg(T, p) 是特征函数
四个 Maxwell ralation
p s
v
T v
s
s
p
T
v T
p
v s
p
T p
s
s
v
T
p T
v
四个特征函数（吉布斯方程）
d T u d ps d u v f( s ,v ) dd d u f T h uss vd sd d v p uvT d s sd h dfv p h f v ( ( s T ,,p v ) ) d us g s v Td vT ud vg s g p p( T ,p )
作业
10-2 10-3 10-4
第十章
热力学微分关系式 及实际气体的性质
Thermodynamic differential relation and the
001工程热力学第一讲分析
2020/10/17
13
六、系统的分类
（一）按系统性质分： 1.单元系、多元系； 2.单相系、多相系； 3.均匀系、非均匀系。
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（二）按系统与外界相互作用的性质分： 1.按与外界有无质量交换 （1）闭口系统：
与外界无物质交换的系统。系统的质 量始终保持恒定，也称为控制质量系统。
（2）开口系统：
与外界有物质交换的系统。系统的容 积始终保持不变，也称为控制容积系统。
2020/10/17
15
2.按与外界有无热量交换分： （1）绝热系统：
与外界没有热量交换的系统。
（2）非绝热系统： 与外界有热量交换的系统。
3.孤立系统：
与外界既无能量（功、热量）交 换又无物质交换的系统。
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16
本节小结 热机、工质、热源、热力系统、边界及其属性 ※ 热力系统的分类
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§ 1-2 热力学系统的状态及基本状态参数
一、状态（热力状态）：
系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状 况称为系统的热力状态，简称状态。
二、状态参数：
用于描述系统平衡状态的物理量称为 状态参数，如温度、压力、比体积等。
二、工质：
实现热能和机械能之间转换的媒介物质。
Байду номын сангаас2020/10/17
9
三、热源：
本身热容量很大，且在放出或吸收有限 量热量时自身温度及其它热力学参数没有明 显变化的物体。
提供热量的热源称为高温热源； 吸收热量的热源称为低温热源。
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10
2020/10/17
高温热源
吸热Q1
作功W
《工程热力学》课件
理想气体混合物
理想气体混合物的性质
理想气体混合物具有加和性、均匀性、 扩散性和完全互溶性等性质。
VS
理想气体混合物的计算
通过混合物的总压力、总温度和各组分的 摩尔数来计算混合物的各种物理量。
真实气体近似与修正
真实气体的近似
真实气体在一定条件下可以近似为理想气体。
真实气体的修正
由于真实气体分子间存在相互作用力，因此需要引入修正系数对理想气体状态方程进行 修正。
特点
工程热力学是一门理论性较强的学科 ，需要掌握热力学的基本概念、定律 和公式，同时还需要了解其在工程实 践中的应用。
工程热力学的应用领域
能源利用
工程热力学在能源利用领域中有 着广泛的应用，如火力发电、核 能发电、地热能利用等。
工业过程
工程热力学在工业过程中也发挥 着重要的作用，如化工、制冷、 空调、热泵等。
稳态导热问题
稳态导热是指物体内部温度分布不随时间变 化的导热过程，其特点是热量传递达到平衡 状态。
对流换热和辐射换热的基本规律
对流换热的基本规律
对流换热主要受牛顿冷却公式支配，即物体 表面通过对流方式传递的热量与物体表面温 度和周围流体温度之间的温差、物体表面积 以及流体性质有关。
辐射换热的基本规律
辐射换热主要遵循斯蒂芬-玻尔兹曼定律， 即物体发射的辐射能与物体温度的四次方成
正比，同时也与周围环境温度有关。
传热过程分析与计算方法简介
要点一
传热过程分析
要点二
计算方法简介
传热过程分析主要涉及热量传递的三种方式（导热、对流 和辐射）及其相互影响，需要综合考虑物性参数、几何形 状、操作条件等因素。
常用的传热计算方法包括分析法、实验法和数值模拟法。 分析法适用于简单几何形状和边界条件的传热问题；实验 法需要建立经验或半经验公式；数值模拟法则通过计算机 模拟传热过程，具有较高的灵活性和通用性。
2024年度-工程热力学全部课件pptx
理想气体混合物的热力学性质
具有加和性
20
理想气体基本过程
01
等温过程
温度保持不变的过程，如等温膨胀 和等温压缩
等容过程
体积保持不变的过程，如等容加热 和等容冷却
03
02
等压过程
压力保持不变的过程，如等压加热 和等压冷却
绝热过程
系统与外界没有热量交换的过程， 如绝热膨胀和绝热压缩
04
21
05 热力过程与循环 分析 22
与外界没有物质和能量交 换的系统。
孤立系统
封闭系统
开放系统
4
热力学基本定律
热力学第零定律
如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡状态，那么这两个系统也必定处于热平衡状态。
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持 不变。
热力学第二定律
其中，Δ(mv^2)/2表示系 统动能的变化量；
开口系统能量方程可表示 为：Q = ΔU + Δ(mv^2)/2 + Δ(mgh) + Δ(mΦ)。
Δ(mgh)表示系统势能的 变化量；
11
03 热力学第二定律
12
热力学第二定律表述
不可能从单一热源取热，使之完全转 换为有用的功而不产生其他影响。
热力学系统内的不可逆过程总是朝着 熵增加的方向进行。
性能评价指标
介绍蒸汽轮机的功率、效率等 性能评价指标及其计算方法。
性能影响因素
分析影响蒸汽轮机性能的主要 因素，如蒸汽参数、汽轮机结 构等。
优化设计策略
探讨提高蒸汽轮机性能的优化 设计策略，如改进叶片形状、
提高蒸汽参数等。
工程热力学PPT课件
另一种表述是，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
还有一种表述是，自然发生的热传递总是向着熵增加的方向进行，即系统总是向着熵增加的方向演化。
热力学第二定律的应用
01
在能源利用领域，热力学第二定律指导我们如何更有效地利用能源，避免能源 浪费。例如，在发电厂中，利用热力学第二定律可以优化蒸汽轮机的设计和运 行，提高发电效率。
热力学第二定律的实质
热力学第二定律的实质是揭示了自然界的不可逆性，即自然界的自发过程总是向着熵增加的方向进行 。这意味着自然界的能量转化和物质转化总是向着无序和混乱的方向发展，而不是向着有序和规则的 方向发展。
热力学第二定律的实质还表明了人类对自然界的干预和改造是有限制的，我们不能违背自然规律来无 限地利用能源和资源。因此，我们需要更加珍惜和合理利用自然界的能源和资源，以实现可持续发展 和环境保护的目标。
热力学第一定律的表述
01
热力学第一定律的表述是：能量既不能凭空产生，也不能凭空 消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体
传递给另一个物体。
02
热力学第一定律也可以表述为：在封闭系统中，能量守恒。
03
热力学第一定律也可以表述为：系统总能量的变化等于系 统与环境之间传递的热量和系统对外界所做的功之和。
制冷与空调技术
制冷与空调技术
制冷和空调技术是利用热力学原理实现热量转移和控制的工程技术。
制冷剂的选择
制冷剂是制冷和空调技术中的重要物质，需要具备适当的热力学性质 和环保性能。
制冷循环的类型
制冷循环有多种类型，如压缩式、吸收式和吸附式等，每种类型都有 其特定的应用场景。
空调系统的优化
为了提高空调系统的效率和降低能耗，需要对空调系统进行优化设计， 如采用变频技术、智能控制等措施。
还有一种表述是，自然发生的热传递总是向着熵增加的方向进行，即系统总是向着熵增加的方向演化。
热力学第二定律的应用
01
在能源利用领域，热力学第二定律指导我们如何更有效地利用能源，避免能源 浪费。例如，在发电厂中，利用热力学第二定律可以优化蒸汽轮机的设计和运 行，提高发电效率。
热力学第二定律的实质
热力学第二定律的实质是揭示了自然界的不可逆性，即自然界的自发过程总是向着熵增加的方向进行 。这意味着自然界的能量转化和物质转化总是向着无序和混乱的方向发展，而不是向着有序和规则的 方向发展。
热力学第二定律的实质还表明了人类对自然界的干预和改造是有限制的，我们不能违背自然规律来无 限地利用能源和资源。因此，我们需要更加珍惜和合理利用自然界的能源和资源，以实现可持续发展 和环境保护的目标。
热力学第一定律的表述
01
热力学第一定律的表述是：能量既不能凭空产生，也不能凭空 消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体
传递给另一个物体。
02
热力学第一定律也可以表述为：在封闭系统中，能量守恒。
03
热力学第一定律也可以表述为：系统总能量的变化等于系 统与环境之间传递的热量和系统对外界所做的功之和。
制冷与空调技术
制冷与空调技术
制冷和空调技术是利用热力学原理实现热量转移和控制的工程技术。
制冷剂的选择
制冷剂是制冷和空调技术中的重要物质，需要具备适当的热力学性质 和环保性能。
制冷循环的类型
制冷循环有多种类型，如压缩式、吸收式和吸附式等，每种类型都有 其特定的应用场景。
空调系统的优化
为了提高空调系统的效率和降低能耗，需要对空调系统进行优化设计， 如采用变频技术、智能控制等措施。
《工程热力学》课件
空调技术
空调系统的运行与热力学密切相关。制冷和 制热循环的原理、空调系统的能效分析以及 室内空气品质的保障等方面均需要热力学的
支持。
热力发电与动力工程
热力发电
热力学在热力发电领域的应用主要体现在锅炉、汽轮机和燃气轮机等设备的能效分析和 优化上。通过热力学原理，提高发电效率并降低污染物排放。
动力工程
热力学与材料科学的关系
材料科学主要研究材料的组成、结构、性质以及应用，而热力学为材料科学提供了材料制备、性能优 化和失效分析的理论基础。
在材料制备过程中，热力学可以帮助人们了解和控制材料的相变、结晶和熔融等过程，优化材料的性能 。
在材料性能优化方面，热力学为材料科学家提供了理论指导，帮助人们理解材料的热稳定性、抗氧化性 等性能，从而改进材料的制备工艺和应用范围。
热力学与其他学科的联系
热力学与物理学的关系
热力学与物理学在研究能量转换和传递方面有 密切联系。物理学中的热学部分为热力学提供 了基本概念和原理，如温度、热量、熵等。
热力学的基本定律，如热力学第一定律和第二 定律，是物理学中能量守恒和转换定律的具体 应用。
物理学中的气体动理论和分子运动论为热力学 提供了微观层面的解释，帮助人们理解热现象 的本质。
高效热能转换与利用技术
高效热能转换技术
随着能源需求的不断增加，高效热能转换与利用技术 成为研究的重点。例如，高效燃气轮机、超临界蒸汽 轮机等高效热能转换设备的研发和应用，能够提高能 源利用效率和减少污染物排放。
热能利用技术
除了高效热能转换技术外，热能利用技术的进步也是工 程热力学领域的重要发展方向。例如，热电转换技术、 热光转换技术等新型热能利用技术，为能源的可持续利 用提供了新的解决方案。
朱明善清华大学工程热力学课件全集ppt
四、基本状态参数 （一）压力 1、定义：单位面积上承受的垂直作用力。即 P Fn 该公式计算的是工质的真正压力，也称绝对压力。 A 微观上看：工质的压力是物质微观粒子对器壁撞击的
总效果。 2、单位： 1Pa=1N/m2 1kPa=1000 Pa，1MPa=106 Pa，1bar= 105 Pa 1mmH2O=9.80665Pa，1mmHg=133.3Pa 标准大气压1atm=760mmHg=1.01325 ×105 Pa 工程大气压1at=1kgf/cm2= 9.80665×104 Pa
dx 很小，近似认为 p 不变
可视为准静态过程
Af
mkg工质发生容积变 化对外界作的功
p dx
W = pA dx =pdV p外 1kg工质
w =pdv
准静态过程的容积变化功
mkg工质：W =pdV
2
W pdV
1
1kg工质：w =pdv
2
w 1 pdv
注意：
p
p外 上式仅适用于
1
2
准静态过程
p
p外 系统不能同时恢
复原态。
1
2
摩擦损失的影响
若f＝0
系统对外作功W，外界得到的功W ’＝W 若外界将得到的功W ’再返还给系统 则外界、活塞、系统同时恢复原态。
p
p外
1
2
二、可逆过程
系统经历某一过程后，如果能使系 统与外界同时恢复到初始状态，而不留 下任何痕迹，则此过程为可逆过程。
注意
可逆过程只是指可能性，并不 是指必须要回到初态的过程。
热机
直接利用
二次能源
电
能
能源转换利用的关系
风力发电
水力发电
清华大学热工基础课件工程热力学加传热学1绪论
列中间状态，最终回到初始状态。
工程热力学的发展历程
早期发展
工程热力学起源于古代人类对火的使用和对蒸汽的认识。 随着工业革命的兴起，人们对热能转换和利用的研究逐渐 深入。
基础理论建立
19世纪末，卡诺、焦耳等科学家通过实验研究，建立了热 力学的理论基础，包括卡诺循环、焦耳定律等。
现代发展
随着科技的不断进步，工程热力学在能源转换、环境保护 、航空航天等领域的应用越来越广泛，成为能源、动力、 化工等学科的重要基础。
要关注热力系统能量的转换与传递过程，以及系统状态变化的规律。
02
热力系统
热力系统是指可以与周围环境进行热量交换的封闭系统。系统内的能量
转换与传递过程遵循热力学的第一定律和第二定律。
03
热力循环
在工程热力学中，热力循环是一系列连续的热力学过程，包括吸热、膨
胀、放热、压缩等过程。循环中，系统从某一初始状态出发，经过一系
19世纪末，傅里叶、牛顿等科学家对传热学进行了系统 的研究和总结，奠定了传热学的基础。
20世纪以来，随着科技的发展和工业的进步，传热学在 理论和实践方面都取得了长足的进步。
传热学的研究对象和内容
01
传热学的研究对象是热量传递过程中的规律和现象，主要 研究导热、对流、辐射三种传热方式。
02
导热是指热量在物体内部通过分子、原子等微观粒子的运动传递 ；对流是指流体在运动过程中将热量传递给固体壁面；辐射是指
热力循环与热效率
介绍各种热力循环，如蒸汽循环 、燃气循环等，以及如何提高循 环效率和减少能量损失。
传热学部分大纲
导热基本定律与稳态导热
介绍导热基本定律，即傅里叶定律，以 及稳态导热的分析方法和计算。
对流换热
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朱明善
.
教材与参考书
教 材：《工程热力学》朱明善等编
参考书：《工程热力学》（第二版） 庞麓鸣等编
《工程热力学》（第四版 ） 沈维道编 2007年
《工程热力学》严家騄编 2007年
.
绪论
工程热力学是重要的专业基础课
工程热力学
是一门研究热能有效利用及 热能和其它形式能量转换规律 的科学
.
0-1 热能及其利用
主 0-2 热能转换装置的工
要
作过程
内
0-3 工程热力学的研究
容
对象及其主要内容
0-4 热力学的研究方法
.
0-1 热能及其利用
风 能
燃
水 力 能
化 学 能
核 能
地 热 能
太
一次能源
阳 (天然存在)
能
料 电 池
风 车
水水 轮车 机
燃 烧
聚裂 变变
热
供 光转 光 暖 热换 电
转 能 90% 换
机械能
发电 电动
.
内燃机装置
空气、油
废气
吸气
压缩 点火
.
膨胀
排气
内燃机装置基本特点
1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做功 4、装置
压气机 — 吸入来自蒸发器 的低压蒸汽，将其压缩 ( 耗 功 ) 产生高温高压的蒸汽。
冷凝器 — 使气体冷凝，得 到常温高压的液体。
容积变化功
压缩功 膨胀功
.
1-2 状态 平衡状态
一、状态与状态参数 状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况 状态参数：描述系统所处状态的宏观物理量。
二、平衡状态与非平衡状态 平衡状态：热力系宏观性质不随时间变化。 非平衡状态：热力系宏观性质随时间变化。
三、平衡状态的判据 1、力平衡 2、热平衡 3、相平衡 4、化学平衡
无 闭口系 绝热系 绝功系 孤立系
.
1
m
Q W
4
1 开口系
1+2 闭口系
1+2+3 绝热闭口系
2
1+2+3+4 孤立系
3 非孤立系＋相关外界
＝孤立系
.
热力系统其它分类方式
其它分类方式
均匀系 物理化学性质
非均匀系
工质种类
单元系 多元系
单相 相态
. 多相
简单可压缩系统
最重要的系统 简单可压缩系统 只交换热量和一种准静态的容积变化功
.
四、基本状态参数 （一）压力 1、定义：单位面积上承受的垂直作用力。即 P Fn 该公式计算的是工质的真正压力，也称绝对压力。 A 微观上看：工质的压力是物质微观粒子对器壁撞击的
.
第一章 基本概念
1-1 热力系统
主
1-2 状态 平衡状态 1-3 热力状态参数
要 1-4 状态方程、状态参数坐标图
内 1-5 准静态过程和可逆过程
容
1-6 功和热量 1-7 热力循环
.
1-1 热力系统
一、系统、外界与边界
热力系统(热力系、系统)：人为地研究对象 外界：系统以外的所有物质 边界(界面)：系统与外界的分界面
.
.
燃气装置基本特点
燃 料
燃烧室
压
燃
气
气
机
轮
空
机
气
1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热)
废 气
.
三、内燃机的工作原理
进气过程 ：进气阀开，排气阀关，活 塞下行，将空气吸入气 缸。
压缩过程 ：进、排气门关，活塞上行 压缩空气，使其温度和 压力得以升高。
.
1-3 热力状态参数
一、定义：用于描述热力系状态的宏观特性量。
二、特点
1、与状态一一对应，完全取决于状态。
2、状态变化时，状态参数只取决于初、终两态， 与变化路径无关。
三、分类
1、强度参数：与质量无关，且不可相加的状态 参数。如压力P、温度T、密度ρ、比焓h、比熵 s、比容ν、比内能u
2、广延参数：与质量成正比且可以相加的状态 参数。如容积V、内能U、熵S
.
0-3 工程热力学的研究内容
1、能量转换的基本定律
2、工质的基本性质与热力过程
3、热功转换设备、工作原理 4、化学热力学基础
.
0-4 工程热力学研究方法
1、宏观方法：连续体，用宏观物理量 描述其状态，其基本规律是无数经验的 总结。
特点：可靠，普遍，不能任意推广
√ 经典 （宏观）热力学
.
工程热力学研究方法
给水泵
.
二、燃气轮机装置的工作原理
压气机 — 从大气环境吸
气，并将其压缩，使得其压
力和温度得以提高。
燃烧室 — 空气和燃料在
其中混合并燃烧，得到高温
高压的燃气。
涡轮机 — 高温高压的燃
燃烧室
气推动涡轮机叶轮旋转对外
输出机械功。
工质（空气、燃气）在装置内周而复始地循环，进
而实现将热能转换为机械能的任务。
.
边界特性
固定、活动 真实、虚构
.
二、热力系的分类
以系统与外界关系划分：
•封闭热力系（闭口系） • 只与外界有能量交换而无物质交换
•开口热力系(开口系) • 与外界既有能量交换又有物质交换
•孤立系 • 与外界既无能量交换又无物质交换
.
归纳：
是否传质 是否传热 是否传功 是否传热、功、质
有 开口系 非绝热系 非绝功系 非孤立系
热机
直接利用
二次能源
机机
电
能
能源转换利用. 的关系
风力发电
.
水力发电
.
火力发电
.
江苏田湾核电站
.
.
0-2 热能转换装置的工作过程
一、蒸汽动力装置的工作原理
.
.
火力发电装置基本特点
过热器
锅 炉
汽轮机
发电机 凝 汽 器
1、热源，冷源 2、工质（水，蒸
汽） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热)
2、微观方法：从微观粒子的运动及相 互作用角度研究热现象及规律
特点：揭示本质，模型近似 微观（统计）热力学
.
工程热力学的学习方法
抓住主线 理论联系实际 重视基本技能训练
– 分析计算能力、实验技能 – 认真完成作业
.
绪论 完
.
第一章 基本概念
1-1 热力系统 1-2 状态 平衡状态 1-3 热力状态参数 1-4 状态方程、状态参数坐标图 1-5 准静态过程和可逆过程 1-6 功和热量 1-7 热力循环
燃烧过程 ：喷油嘴喷油，燃料燃烧， 气体压力和温度急剧升高
（燃料的化学能转换为热能）。 膨胀过程 ：高温高压气体推动活塞下
行，曲轴向外输出机械功。 排气过程 ：活塞接近下死点时，排气
门开，在压差的作用下废气 流出气缸。 随后，活塞上行，将残余气体推出气 缸。 重复上述过程，将热能转换为机械能。
节流阀 — 使液体降压，产 生低压低温的液体。
蒸发器 — 工质吸收冷藏库 内的热量，汽化为低压气 体，使冷 库降温。
.
制冷空调装置基本特点
1、热源，冷源 2、工质（制冷剂） 3、得到容积变化功 4、循环
(加压、放热、 膨胀、吸热)
.
热力装置共同基本特点
1、热源，冷源 2、工质 3、容积变化功 4、循环
.
教材与参考书
教 材：《工程热力学》朱明善等编
参考书：《工程热力学》（第二版） 庞麓鸣等编
《工程热力学》（第四版 ） 沈维道编 2007年
《工程热力学》严家騄编 2007年
.
绪论
工程热力学是重要的专业基础课
工程热力学
是一门研究热能有效利用及 热能和其它形式能量转换规律 的科学
.
0-1 热能及其利用
主 0-2 热能转换装置的工
要
作过程
内
0-3 工程热力学的研究
容
对象及其主要内容
0-4 热力学的研究方法
.
0-1 热能及其利用
风 能
燃
水 力 能
化 学 能
核 能
地 热 能
太
一次能源
阳 (天然存在)
能
料 电 池
风 车
水水 轮车 机
燃 烧
聚裂 变变
热
供 光转 光 暖 热换 电
转 能 90% 换
机械能
发电 电动
.
内燃机装置
空气、油
废气
吸气
压缩 点火
.
膨胀
排气
内燃机装置基本特点
1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做功 4、装置
压气机 — 吸入来自蒸发器 的低压蒸汽，将其压缩 ( 耗 功 ) 产生高温高压的蒸汽。
冷凝器 — 使气体冷凝，得 到常温高压的液体。
容积变化功
压缩功 膨胀功
.
1-2 状态 平衡状态
一、状态与状态参数 状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况 状态参数：描述系统所处状态的宏观物理量。
二、平衡状态与非平衡状态 平衡状态：热力系宏观性质不随时间变化。 非平衡状态：热力系宏观性质随时间变化。
三、平衡状态的判据 1、力平衡 2、热平衡 3、相平衡 4、化学平衡
无 闭口系 绝热系 绝功系 孤立系
.
1
m
Q W
4
1 开口系
1+2 闭口系
1+2+3 绝热闭口系
2
1+2+3+4 孤立系
3 非孤立系＋相关外界
＝孤立系
.
热力系统其它分类方式
其它分类方式
均匀系 物理化学性质
非均匀系
工质种类
单元系 多元系
单相 相态
. 多相
简单可压缩系统
最重要的系统 简单可压缩系统 只交换热量和一种准静态的容积变化功
.
四、基本状态参数 （一）压力 1、定义：单位面积上承受的垂直作用力。即 P Fn 该公式计算的是工质的真正压力，也称绝对压力。 A 微观上看：工质的压力是物质微观粒子对器壁撞击的
.
第一章 基本概念
1-1 热力系统
主
1-2 状态 平衡状态 1-3 热力状态参数
要 1-4 状态方程、状态参数坐标图
内 1-5 准静态过程和可逆过程
容
1-6 功和热量 1-7 热力循环
.
1-1 热力系统
一、系统、外界与边界
热力系统(热力系、系统)：人为地研究对象 外界：系统以外的所有物质 边界(界面)：系统与外界的分界面
.
.
燃气装置基本特点
燃 料
燃烧室
压
燃
气
气
机
轮
空
机
气
1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热)
废 气
.
三、内燃机的工作原理
进气过程 ：进气阀开，排气阀关，活 塞下行，将空气吸入气 缸。
压缩过程 ：进、排气门关，活塞上行 压缩空气，使其温度和 压力得以升高。
.
1-3 热力状态参数
一、定义：用于描述热力系状态的宏观特性量。
二、特点
1、与状态一一对应，完全取决于状态。
2、状态变化时，状态参数只取决于初、终两态， 与变化路径无关。
三、分类
1、强度参数：与质量无关，且不可相加的状态 参数。如压力P、温度T、密度ρ、比焓h、比熵 s、比容ν、比内能u
2、广延参数：与质量成正比且可以相加的状态 参数。如容积V、内能U、熵S
.
0-3 工程热力学的研究内容
1、能量转换的基本定律
2、工质的基本性质与热力过程
3、热功转换设备、工作原理 4、化学热力学基础
.
0-4 工程热力学研究方法
1、宏观方法：连续体，用宏观物理量 描述其状态，其基本规律是无数经验的 总结。
特点：可靠，普遍，不能任意推广
√ 经典 （宏观）热力学
.
工程热力学研究方法
给水泵
.
二、燃气轮机装置的工作原理
压气机 — 从大气环境吸
气，并将其压缩，使得其压
力和温度得以提高。
燃烧室 — 空气和燃料在
其中混合并燃烧，得到高温
高压的燃气。
涡轮机 — 高温高压的燃
燃烧室
气推动涡轮机叶轮旋转对外
输出机械功。
工质（空气、燃气）在装置内周而复始地循环，进
而实现将热能转换为机械能的任务。
.
边界特性
固定、活动 真实、虚构
.
二、热力系的分类
以系统与外界关系划分：
•封闭热力系（闭口系） • 只与外界有能量交换而无物质交换
•开口热力系(开口系) • 与外界既有能量交换又有物质交换
•孤立系 • 与外界既无能量交换又无物质交换
.
归纳：
是否传质 是否传热 是否传功 是否传热、功、质
有 开口系 非绝热系 非绝功系 非孤立系
热机
直接利用
二次能源
机机
电
能
能源转换利用. 的关系
风力发电
.
水力发电
.
火力发电
.
江苏田湾核电站
.
.
0-2 热能转换装置的工作过程
一、蒸汽动力装置的工作原理
.
.
火力发电装置基本特点
过热器
锅 炉
汽轮机
发电机 凝 汽 器
1、热源，冷源 2、工质（水，蒸
汽） 3、膨胀做功 4、循环 (加压、加热、 膨胀做功、放热)
2、微观方法：从微观粒子的运动及相 互作用角度研究热现象及规律
特点：揭示本质，模型近似 微观（统计）热力学
.
工程热力学的学习方法
抓住主线 理论联系实际 重视基本技能训练
– 分析计算能力、实验技能 – 认真完成作业
.
绪论 完
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第一章 基本概念
1-1 热力系统 1-2 状态 平衡状态 1-3 热力状态参数 1-4 状态方程、状态参数坐标图 1-5 准静态过程和可逆过程 1-6 功和热量 1-7 热力循环
燃烧过程 ：喷油嘴喷油，燃料燃烧， 气体压力和温度急剧升高
（燃料的化学能转换为热能）。 膨胀过程 ：高温高压气体推动活塞下
行，曲轴向外输出机械功。 排气过程 ：活塞接近下死点时，排气
门开，在压差的作用下废气 流出气缸。 随后，活塞上行，将残余气体推出气 缸。 重复上述过程，将热能转换为机械能。
节流阀 — 使液体降压，产 生低压低温的液体。
蒸发器 — 工质吸收冷藏库 内的热量，汽化为低压气 体，使冷 库降温。
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制冷空调装置基本特点
1、热源，冷源 2、工质（制冷剂） 3、得到容积变化功 4、循环
(加压、放热、 膨胀、吸热)
.
热力装置共同基本特点
1、热源，冷源 2、工质 3、容积变化功 4、循环